某250MW超临界机组给水泵配置选型

摘要：介绍了大型火力发电厂锅炉给水泵的常见配置方案，从可行性、经济性和稳定性角度，总结了各种配置方案的优缺点。同时，对取消电动给水泵的可行性和汽动给水泵直接启动的可靠性进行了分析，对于电厂节约投资、节能降耗具有重要的实践意义。

关键词：汽动给水泵;电动给水泵;可靠性;经济性

0 引言

某拟建项目的装机容量为4×250 MW超临界燃煤纯凝机组，采用海水直流冷却循环技术。锅炉过热器BMCR工况的出口流量为830 t/h，压力为25.4 MPa，温度为571 ℃。

1 汽动给水泵配置方案

对于300 MW级湿冷机组的给水系统，宜选择汽动给水泵，国内外一般配置方案有2×50%容量或1×100%容量两种。

方案一：2×50%容量汽动泵方案的优点是运行灵活，可以适应机组各种负荷需求，是国内300 MW级以及600 MW级机组的典型配置，为国内多数电厂所采用，也是《大中型火力发电厂设计规范》（GB 50660—2011）的推荐方案。方案二：1×100%容量汽动泵方案的优点是系统简单、节约投资、易于布置，在国外被较多采用;缺点是对给水泵组的可靠性要求极高，停泵就要停机。两种汽动给水泵配置方案的设备投资比较（每台机组）如表1所示。

2 电动给水泵配置方案

电动给水泵一般作为启动备用泵或启动泵。启动备用泵按50%容量选取，泵的扬程与汽动给水泵一致，扬程为30.6 MPa。启动泵一般按30%容量选取，扬程一般为15 MPa（比备用泵要小许多）。两种电动给水泵配置方案的设备投资比较（单台机）如表2所示。

3 给水泵选型

3.1    汽动给水泵选型

采用1×100%容量汽动给水泵，已有大量的投产运行经验，其稳定性、经济性均与2×50%容量汽动给水泵相当。因此，为了节约工程投资，本工程推荐采用1×100%容量国产汽动给水泵（仅芯包采用进口产品）。

3.2    电动给水泵选型

针对备用电动泵的选择，需要考虑启动方便、可靠性、经济性等因素。对于1×100%汽动泵方案，根据规程规定，宜设置1台50%的启动备用电动泵。当汽动给水泵发生故障时，则启动备用电动泵，汽轮机仍可带50%负荷运行。通过对给水泵生产厂家和有关电厂的调研，给水泵汽轮机的可靠性可以与主汽轮机相比，且给水泵由于采用进口芯包，故障率也很低。目前国内投产的汽动给水泵运行情况良好。根据有关文献可知，GE公司生产的2×50%汽动泵和1×100%汽动泵的两种方案一般都没有设置备用泵，这也是基于给水泵组的高可靠性，该公司1979—1993年对给水泵组统计强迫停机率仅为0.16%。

从实际情况看，超临界机组电动备用泵较难实现紧急备用的目的。如果要求电动泵具备紧急备用功能，则备用条件比较复杂，电泵油系统需經常运行，泵始终处于热备用状态;泵出口电动闸阀常开，逆止门长期承压（约33 MPa）;热控还要考虑电泵并入的给水调节;电气需要设置电泵的自动投入等，诸多条件中有一项不能满足就难以实现备用功能。由于电动给水泵的功率很大，约5 000 kW，当给水泵紧急启动时，由于电气电源电压波动、液力耦合器（或变频器）和最小流量阀响应速度等原因，电动给水泵很难实现作为汽动给水泵的紧急备用，往往当任意一台汽动给水泵出现故障时，只能依靠RB功能先保证机组降负荷运行，然后再启动电动给水泵;当两台汽动给水泵均出现故障时，应立即执行MFT动作。

考虑到本工程为新建工程，又是孤网运行，因此对于1×100%汽动泵方案，设置1台50%的启动备用电动泵。当汽动泵出现故障时，则启动备用电动泵，汽机仍可带50%负荷运行，因此本工程推荐设置1×50%备用电动泵方案。

3.3    推荐意见

考虑到机组的运行稳定和经济性需求，给水系统推荐方案为1×100%容量的汽动给水泵+1×50%容量的启动备用泵。

4 取消电动给水泵的可行性

电动给水泵仅用作启动泵，其功能仅限于两个方面：一是在机组启动前进行锅炉的冷、热态清洗时给锅炉上水;二是在机组启动及低负荷运行汽动给水泵投入前给锅炉供水。鉴于国内一些电厂都有了机组启动时直接用汽动给水泵启动获得成功的经验，在机组启动期间给水泵汽轮机是否有可靠的工作汽源是能否取消电动启动给水泵的关键因素。

驱动汽动给水泵的小汽轮机的工作汽源通常采用双汽源，即为高、低压汽源，高压汽源一般引自主蒸汽或低温再热蒸汽，低压汽源取自主汽轮机的四级抽汽。本工程将辅助蒸汽供给水泵汽轮机的调试汽源管径加大，作为给水泵汽轮机辅助工作汽源。如有必要，可以在锅炉点火之前就暖机启动，前提是辅助蒸汽系统能够提供足够汽量的辅助蒸汽。

机组启动时辅助蒸汽由启动锅炉或正常运行的相邻机组提供辅助汽源，在本机组低温再热蒸汽压力达到1.0 MPa时切换至低温再热蒸汽供汽，在四级抽汽压力达到0.8 MPa时切换至本机四级抽汽，向辅助蒸汽系统供汽。正常运行的机组通过辅助蒸汽联络母管可以给相邻启动机组提供约50 t/h的辅助蒸汽，该汽量不仅能够满足机组启动必需的除氧器给水加热、燃油加热及雾化、大小汽轮机轴封蒸汽、锅炉微油点火加热等辅助蒸汽用汽，而且能够提供给水泵汽轮机在工作汽源切换至主汽轮机的四级抽汽前所需的最大用汽量，因此在一台机组正常运行时，另一台机组采用汽动给水泵直接启动是可行的。

综上所述，若在机组启动期间辅助蒸汽汽源可靠且汽量足够，采用汽动给水泵直接启动的方案是可行的。

5 汽动给水泵直接启动的可靠性及经济性

国内外均有启动时直接用汽动给水泵启动，启动/备用电动给水泵基本上不投入的经验。随着变速汽轮机的设计和制造技术日趋成熟，权威资料显示，汽动给水泵运行可靠性明显提高，已经不亚于电动给水泵。与电动给水泵相比，汽动给水泵自动化程度较高，操作相对简单，运行稳定，在运行启动过程中，汽动给水泵升速速率采用程序控制，有效避免了电动泵瞬间启动对泵各部件的强烈冲击。电泵液力偶合器存在勺管在一定位置时工作油温高的问题，且涡壳内由于存在空气，会造成液力偶合器工作不稳定。此外，汽动给水泵在供电系统频率变化时，水泵运转转速不受影响。

基于国内汽动给水泵组的运行可靠性及发生故障时的快速修复能力，国内很多电厂都有了机组启动时直接用汽动给水泵启动获得成功的经验。考虑本工程在机组启动期间，从启动锅炉或其他机组提供的辅助蒸汽汽源可靠且汽量足够，可由辅助蒸汽向给水泵汽轮机供汽来驱动给水泵汽轮机。因而在系统设计时，我们适当设置小汽机调试用汽管道的管径，可由辅助蒸汽向给水泵汽轮机供汽，驱动给水泵汽轮机启动，由此可省去电动启动给水泵，简化系统，为节省投资创造条件。

电动给水泵用作机组启动用泵，其功能仅限于两个方面：一是在机组启动前进行锅炉的冷热态清洗时给锅炉上水;二是在机组启动及低负荷时汽动给水泵投入前给锅炉供水。事实上，锅炉清洗时完全可以由汽泵前置泵完成。根据工程基建经验，需提前合理安排工程进度，在准备锅炉点火、酸洗、冲管时，主汽机、循环水系统应安装完毕，凝汽器系统可以投用。

6 结语

300 MW级机组的100%容量汽动给水泵，仅相当于600 MW机组的50%容量汽动给水泵，已有大量的投产运行经验，其稳定性、经济性均已达到先进水平。因此，对于新建工程，推荐1×100%汽动给水泵，并配置1台50%的启动备用电动泵。对于扩建工程，推荐选用1×100%汽动给水泵，并取消电动泵。

收稿日期：2020-04-26

作者简介：董见峰（1977—），男，湖北蕲春人，高级工程师，从事火力发电厂设计工作。